一种基于线控转向方向盘的控制方法

1.本发明属于人工智能和无人驾驶领域，尤其涉及一种基于线控转向方向盘的控制方法。

背景技术：

2.对于线控转向技术，目前来看，线控转向系统相较于传统系统来说，优势并不明显，但随着科学技术的发展，自动驾驶技术的进步，线控转向系统的重要性也定会日益突显，而基于线控转向的万事万物也必然会得到发展。
3.而对于自动驾驶技术，自20世纪70年代起，美、英和德等发达国家就纷纷投入研究无人驾驶汽车且取得一定的进展，而中国近些年来也在不断加大对自动驾驶汽车的研究力度，目前中美是全球两个最主要的自动驾驶技术研发国。从相关政策来看，我国对于自动驾驶车企及产业的发展是支持的，但因其潜在风险的存在国家对其发展也有所保留。例如不成熟自动驾驶技术、责任划分不明确、司机失业以及数据信息泄露等，这些都将成为阻碍其发展的挑战。虽然自动驾驶面临种种挑战，但随着技术的发展以及人们对生活水平需求的日益提升，自动驾驶的趋势势不可挡。
4.从上述内容可知，基于面向未来自动驾驶汽车转变的现状，线控转向技术也得到飞速发展。对于方向盘存在的意义有新的思考，部分人提出了取消方向盘的想法。但目前自动驾驶汽车主要处于l2-l3阶段，基本表现为部分实现自动化，但仍需人工介入，即人机共驾阶段。鉴于取消方向盘的技术想法主要是建立在自动驾驶达到l4、l5阶段的基础上，目前现有技术水平仍与之有一定差距。同时受限于现有的政策法规和技术条件，为保证车辆行驶的绝对安全，以及避免在某些复杂情况下自动驾驶无法使用的尴尬处境，因此方向盘现阶段不能取消，仍需人工进行干预并应对处理紧急情况。
5.而考察国内外相关技术研究，目前对于基于线控转向的可伸缩方向盘的设计与控制逻辑的相关研究，更多的是针对底层的算法进行优化，尽管也有一些逻辑控制方面的研究以及一些方向盘伸缩机构的设计，但会存在两者相互独立并不关联的问题，同时对于形成严谨的闭环控制逻辑，实现人机共驾的探讨也并不深入，还有相当一部分的研究仅仅停留于理论层面，并未在实践中得到检验。
6.因此，针对以上现状，迫切需要开发一种基于线控转向方向盘的控制方法，以克服当前实际应用中的不足。

技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种基于线控转向方向盘的控制方法，以解决上述背景技术中的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于线控转向方向盘的控制方法，包括方向盘，所述方向盘上安装有伸缩机构和多组传感器，所述伸缩机构和传感器均与控制系统电性连接，且所述控制系统还与车
辆内的显示屏电性连接，所述控制方法具体步骤如下：步骤一、选择驾驶模式：选择人工驾驶模式，伸缩机构带动方向盘处于伸出状态，人工可基于线控转向系统自行操作方向盘进行驾驶；选择自动驾驶模式，车辆自动进入自动驾驶模式；步骤二、进入自动驾驶模式后，方向盘上的传感器开始对信号进行收集，控制系统判断驾驶员对方向盘所施加的信号值是否达到预设的阈值；步骤三、当信号值达到预设的阈值后，控制系统再次判断信号值是否达到极限值，当信号值达到极限值时，车辆迅速切换人工驾驶模式，且控制系统通过伸缩机构带动方向盘迅速伸出，驾驶员通过方向盘对车辆进行控制；步骤四、当信号值达到预设的阈值，但未超过极限值时，控制系统通过显示屏弹出选择驾驶模式的指令，驾驶员通过选择指令来选择车辆的驾驶模式；步骤五、当信号值未达到预设的阈值且保证一段时间后，控制系统做出判断，认定车辆所处驾驶环境相对安全，根据驾驶员的驾驶意愿，切换方向盘的伸出和收缩状态。
9.作为本发明进一步的技术方案，所述方向盘的固定端固定在车体内，所述方向盘通过转向柱与车辆的转向部件相连，所述方向盘的盘体设置在仪表盘的内侧，当方向盘处于收缩状态时，盘体仍保留在仪表盘的外侧。
10.作为本发明进一步的技术方案，所述伸缩机构包括电机、曲柄、连杆、安装套和圆锥滚子轴承，所述电机固定在车体内，所述电机的输出端通过转轴与曲柄偏心连接，所述曲柄的一端与固定端相连，所述曲柄的另一端通过连杆与安装套相连，所述安装套通过圆锥滚子轴承套装在转向柱上。
11.作为本发明进一步的技术方案，所述控制系统包括信号接收系统、数据处理系统和执行系统。
12.作为本发明进一步的技术方案，所述信号接收系统接收的信号是由传感器提供的采集信号；所述数据处理系统是由数据处理器和数据采集系统构成，所述数据处理系统对传感器提供的信号进行采集和分析，通过与预设阈值进行比较并做出判断，根据做出的判断输出相应的控制信号；所述执行系统根据数据处理系统输出的信号，控制车辆驾驶模式的切换，同时通过控制伸缩机构对方向盘的伸缩状态进行控制。
13.作为本发明进一步的技术方案，在步骤二中，预设的阈值包括第一阈值和第二阈值；第一阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘的转角、扭矩和压力数值；第二阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘转角、扭矩和压力数值达到第一阈值所用的时间。
14.作为本发明进一步的技术方案，在步骤三中，极限值包括第一极限值和第二极限值；第一极限值是车辆在遇见突发情况时，方向盘的转角、扭矩和压力数值；第二极限值时车辆在遇见突发情况时，方向盘的转角、扭矩和压力数值达到第一极限值所用的时间。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结合线控转向系统中转向操纵机构的结构特点，根据具体的工况进行人工和自动驾驶模式智能切换，完成人机共驾，进而完成方向盘伸缩的切换，这样可以有效提高车内空间的利用率，增加乘坐时的舒适度；同时解决在自动驾驶过程中，由于方向盘侵占驾驶员空间导致误触带来的不安全和不确定性问题；通过控制系统，自动化控制来实现基于线控转向的方向盘总成控制逻辑，达到两种模式的互相切换，进而智能化地完成人机共驾；同时通过伸缩机构，该机构能够较好地利用四杆机构的急回特性，使得方向盘迅速伸出供驾驶员操纵，在危急时刻能够及时保障驾驶安全；而当车辆进入自动驾驶模式并且无需方向盘时，方向盘可进行伸缩，节省车内空间，增加乘坐时的舒适度，可以兼顾驾驶员人身安全和个性需求，能为社会体带来一定价值；在实际应用中，驾驶员可自主选择驾驶模式，这样能够避免单一模式下的无选择性，更好地满足了驾驶人员的驾驶需求，遇到突发情况时，由人来操控车辆，减少因自动驾驶发生故障或当前状况自动驾驶无法处理引起的危险，保障了驾驶人员的安全；然而即使身处自动驾驶时代，也会有部分驾驶员在驾驶过程中渴望体验驾驶的乐趣，本发明仍保留方向盘，可以满足驾驶员不同的驾驶需求。
16.为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的基于线控转向方向盘控制方法中部件的连接结构图图2为本发明实施例提供的基于线控转向方向盘控制方法中部件的连接流程图。
18.图3为图1中方向盘处于伸出状态的结构示意图。
19.图4为图1中方向盘处于收缩状态的结构示意图。
20.图5为本发明实施例提供的基于线控转向方向盘控制方法的控制逻辑流程图。
21.图6为图5中控制逻辑的第一级控制程序示意图。
22.图7为图5中控制逻辑的第二级控制程序示意图。
23.图8为图5中控制逻辑的第三级控制程序示意图。
24.附图标记：101－方向盘，102－转向柱，103－曲柄，104－连杆，105－固定端，106－安装套，107－圆锥滚子轴承。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
27.如图1至5所示，作为本发明一个实施例提供的一种基于线控转向方向盘的控制方法，包括方向盘101，所述方向盘101上安装有伸缩机构和多组传感器，所述伸缩机构和传感器均与控制系统电性连接，且所述控制系统还与车辆内的显示屏电性连接，所述控制方法
具体步骤如下：步骤一、选择驾驶模式：选择人工驾驶模式，伸缩机构带动方向盘101处于伸出状态，人工可基于线控转向系统自行操作方向盘101进行驾驶；选择自动驾驶模式，车辆自动进入自动驾驶模式；步骤二、进入自动驾驶模式后，方向盘101上的传感器开始对信号进行收集，控制系统判断驾驶员对方向盘101所施加的信号值是否达到预设的阈值；步骤三、当信号值达到预设的阈值后，控制系统再次判断信号值是否达到极限值，当信号值达到极限值时，车辆迅速切换人工驾驶模式，且控制系统通过伸缩机构带动方向盘101迅速伸出，驾驶员通过方向盘101对车辆进行控制；步骤四、当信号值达到预设的阈值，但未超过极限值时，控制系统通过显示屏弹出选择驾驶模式的指令，驾驶员通过选择指令来选择车辆的驾驶模式；步骤五、当信号值未达到预设的阈值且保证一段时间后，控制系统做出判断，认定车辆所处驾驶环境相对安全，根据驾驶员的驾驶意愿，切换方向盘101的伸出和收缩状态。
28.在本实施例中，结合线控转向系统中转向操纵机构的结构特点，根据具体的工况进行人工和自动驾驶模式智能切换，完成人机共驾，进而完成方向盘伸缩的切换，这样可以有效提高车内空间的利用率，增加乘坐时的舒适度；同时解决在自动驾驶过程中，由于方向盘侵占驾驶员空间导致误触带来的不安全和不确定性问题。
29.如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述方向盘101的固定端105固定在车体内，所述方向盘101通过转向柱102与车辆的转向部件相连，所述方向盘101的盘体设置在仪表盘的内侧，当方向盘101处于收缩状态时，盘体仍保留在仪表盘的外侧。
30.如图3和4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述伸缩机构包括电机、曲柄103、连杆104、安装套106和圆锥滚子轴承107，所述电机固定在车体内，所述电机的输出端通过转轴与曲柄103偏心连接，所述曲柄103的一端与固定端105相连，所述曲柄的另一端通过连杆104与安装套106相连，所述安装套106通过圆锥滚子轴承107套装在转向柱102上。
31.在本实施例中，工作时，由电机提供动力，使曲柄103旋转并带动连杆104移动，推动与连杆104相固联的转向柱102进行轴向移动，从而实现方向盘101的伸缩；本发明基于线控转向技术，取消了传动轴等一系列机械结构，因此伸缩机构拥有较大的设计空间；同时利用连杆机构的急回特性，来实现方向盘101的迅速伸出，以便驾驶员及时控制方向盘101，伸缩机构下端通过圆锥滚子轴承107与转向柱102连接，既确保方向盘转动时连杆104不会随之运动，又可承受连杆104施加的轴向分力；同时方向盘101所采用的伸缩机构并非完全伸缩，盘体101伸缩后仍处于仪表板外，此时若发生紧急情况，驾驶员就可以立刻把住盘体，获得对汽车的操控权；而当驾驶员不需要方向盘101时，连杆104带动所连的方向盘101向下移动，实现方向盘101的缩回，增大车内空间。
32.如图5至8所示，作为本发明的一种优选实施例，所述控制系统包括信号接收系统、数据处理系统和执行系统。
33.如图5至8所示，作为本发明的一种优选实施例，所述信号接收系统接收的信号是由传感器提供的采集信号；所述数据处理系统是由数据处理器和数据采集系统构成，所述数据处理系统对传
感器提供的信号进行采集和分析，通过与预设阈值进行比较并做出判断，根据做出的判断输出相应的控制信号；所述执行系统根据数据处理系统输出的信号，控制车辆驾驶模式的切换，同时通过控制伸缩机构对方向盘101的伸缩状态进行控制。
34.作为本发明的一种优选实施例，在步骤二中，预设的阈值包括第一阈值和第二阈值；第一阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘101的转角、扭矩和压力数值；第二阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘101转角、扭矩和压力数值达到第一阈值所用的时间。
35.作为本发明的一种优选实施例，在步骤三中，极限值包括第一极限值和第二极限值；第一极限值是车辆在遇见突发情况时，方向盘101的转角、扭矩和压力数值；第二极限值时车辆在遇见突发情况时，方向盘101的转角、扭矩和压力数值达到第一极限值所用的时间。
36.在本实施例中，若驾驶员遇到突发情况往往会较大幅度的转动方向盘101，相应的此时转角和扭矩数值就会突然产生变化；因此可将实验记录的转角和扭矩数值设置为极限值，当超过极限值时，车辆便马上切换至人工驾驶模式，以供驾驶员处理突发情况；而当方向盘101产生一定的转角和扭矩（一定值中包含了方向盘101所允许的活动余量），但其数值并未达到上述极限值时，可能是驾驶员想要切换至人工驾驶但并不着急，或者是产生了误操作，此时显示屏便会弹出相应的指令，指示驾驶员进行进一步的工作；此外，遇见突发情况时驾驶员往往会急打方向盘，速率相对较高，因此可通过测定方向盘转角或者扭矩达到一定的值时所用的时间，计算出相应的速率，作为进行判断的第二阈值。双重阈值的选取，极大地保证了信号处理的合理性和准确性。
37.进入自动驾驶模式后，方向盘101上的转角、扭矩及压力三个传感器开始对相应信号进行采集，三个传感器的应用可提高准确性，同时相对独立性保证了一个传感器出现问题时系统仍能工作；数据处理器将通过导入的程序，来判断驾驶员施力对方向盘101产生的转角、扭矩和压力等相关信号是否到达阈值，其中阈值包含了方向盘101所允许的活动余量；当方向盘101收缩后，一方面可以通过按键选择切换至人工驾驶模式，使方向盘101伸出；另一方面，如果遇到突发紧急情况，由于方向盘101仅是进行伸缩，盘体仍然保留在仪表盘外，也可直接操纵方向盘101，由方向盘101上的传感器进行信号采集并反馈。
38.本发明的控制原理是：在车辆行驶过程中，可按照意愿选择进入自动驾驶或者人工驾驶模式；车辆处于人工驾驶模式时，方向盘101保持伸出状态，便可基于线控转向系统自行操作方向盘101进行驾驶；若选择自动驾驶，则进入自动驾驶模式。
39.进入自动驾驶模式后，方向盘101上的传感器开始对相应信号进行采集，随后控制系统判断驾驶员对方向盘101所施加的信号是否到达阈值，同时阈值的选取应按照上述阈值选取的原理进行选取，可选取扭矩、转角和压力作为多重阈值；当信号值达到预设的阈值之后，数据处理器数据处理控制系统会再次进行判断，
判断信号是否达到极限值，如果达到极限值，则表明遇到突发情况或紧急情况，车辆便迅速切换人工驾驶模式，随后若方向盘101处于伸出状态则保持此状态；而若此时方向盘101处于收缩状态，则控制系统通过执行电机操纵方向盘101，通过的伸缩机构利用急回特性迅速伸出；而当信号达到初始阈值，但并未超过极限值时，此时可能是由人工误操作造成，这时显示屏就会弹出选择指令—是否进入人工驾驶模式，若选择进入人工驾驶模式，则方向盘101保持原伸出状态，或由收缩状态按照同上的方法伸出；若选择否，则仍保持自动驾驶模式；如果上述传感器信号未达到初始阈值且保持一段足够长的时间，系统做出判断，认定所处驾驶环境相对安全，此时方向盘101可进行收缩，而若此时方向盘101已经处于收缩状态则保持不变，提供给驾驶员更大的活动空间；当方向盘101收缩后，一方面可以通过按键选择切换至人工驾驶模式，使方向盘101伸出。另一方面，如果遇到突发紧急情况，由于方向盘101仅是进行伸缩，盘体仍然保留在仪表盘外，也可直接操纵方向盘101，由方向盘101上的传感器进行信号采集并反馈，之后按照上述逻辑情形进行处理；上述就是该基于线控转向方向盘的控制方法的工作原理。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于线控转向方向盘的控制方法，包括方向盘，所述方向盘上安装有伸缩机构和多组传感器，所述伸缩机构和传感器均与控制系统电性连接，且所述控制系统还与车辆内的显示屏电性连接，其特征在于，所述控制方法具体步骤如下：步骤一、选择驾驶模式：选择人工驾驶模式，伸缩机构带动方向盘处于伸出状态，人工可基于线控转向系统自行操作方向盘进行驾驶；选择自动驾驶模式，车辆自动进入自动驾驶模式；步骤二、进入自动驾驶模式后，方向盘上的传感器开始对信号进行收集，控制系统判断驾驶员对方向盘所施加的信号值是否达到预设的阈值；步骤三、当信号值达到预设的阈值后，控制系统再次判断信号值是否达到极限值，当信号值达到极限值时，车辆迅速切换人工驾驶模式，且控制系统通过伸缩机构带动方向盘迅速伸出，驾驶员通过方向盘对车辆进行控制；步骤四、当信号值达到预设的阈值，但未超过极限值时，控制系统通过显示屏弹出选择驾驶模式的指令，驾驶员通过选择指令来选择车辆的驾驶模式；步骤五、当信号值未达到预设的阈值且保证一段时间后，控制系统做出判断，认定车辆所处驾驶环境相对安全，根据驾驶员的驾驶意愿，切换方向盘的伸出和收缩状态。2.根据权利要求1所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，所述方向盘的固定端固定在车体内，所述方向盘通过转向柱与车辆的转向部件相连，所述方向盘的盘体设置在仪表盘的内侧，当方向盘处于收缩状态时，盘体仍保留在仪表盘的外侧。3.根据权利要求1所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，所述伸缩机构包括电机、曲柄、连杆、安装套和圆锥滚子轴承，所述电机固定在车体内，所述电机的输出端通过转轴与曲柄偏心连接，所述曲柄的一端与固定端相连，所述曲柄的另一端通过连杆与安装套相连，所述安装套通过圆锥滚子轴承套装在转向柱上。4.根据权利要求1所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，所述控制系统包括信号接收系统、数据处理系统和执行系统。5.根据权利要求4所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，所述信号接收系统接收的信号是由传感器提供的采集信号；所述数据处理系统是由数据处理器和数据采集系统构成，所述数据处理系统对传感器提供的信号进行采集和分析，通过与预设阈值进行比较并做出判断，根据做出的判断输出相应的控制信号；所述执行系统根据数据处理系统输出的信号，控制车辆驾驶模式的切换，同时通过控制伸缩机构对方向盘的伸缩状态进行控制。6.根据权利要求1所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，在步骤二中，预设的阈值包括第一阈值和第二阈值；第一阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘的转角、扭矩和压力数值；第二阈值是车辆在安全行驶状态下，方向盘转角、扭矩和压力数值达到第一阈值所用的时间。7.根据权利要求1所述的基于线控转向方向盘的控制方法，其特征在于，在步骤三中，极限值包括第一极限值和第二极限值；第一极限值是车辆在遇见突发情况时，方向盘的转角、扭矩和压力数值；
第二极限值时车辆在遇见突发情况时，方向盘的转角、扭矩和压力数值达到第一极限值所用的时间。

技术总结

本发明适用于人工智能和无人驾驶领域，提供了一种基于线控转向方向盘的控制方法，包括方向盘，所述方向盘上安装有伸缩机构和多组传感器，所述伸缩机构和传感器均与控制系统电性连接，且所述控制系统还与车辆内的显示屏电性连接，所述控制系统通过与伸缩机构配合的方式，从而控制方向盘的伸缩。本发明中的一种基于线控转向方向盘的控制方法，根据具体的工况进行人工和自动驾驶模式智能切换，完成人机共驾，进而完成方向盘伸缩的切换，这样可以有效提高车内空间的利用率，增加乘坐时的舒适度；同时解决在自动驾驶过程中，由于方向盘侵占驾驶员空间导致误触带来的不安全和不确定性问题。题。题。